
Квантово-каскадные лазеры: исследования в области оптики
Современная лазерная оптика стоит на пороге значительных достижений благодаря исследованиям в области квантово-каскадных лазеров (ККЛ). В недавнем исследовании ученые изучили, как генерировать короткие лазерные импульсы с помощью когерентной синхронизации мод в ККЛ с быстрым временем релаксации. Это открытие может привести к новым возможностям в сверхбыстрой оптике, обеспечивая более надежные и мощные лазеры для различных приложений.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
- Павел Журавлев
- pxhere.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Китайцы просверлили лондонские слитки: афера века с золотом
Журналист и инженер Александр Садовников раскрыл детали беспрецедентного мошенничества на Лондонской бирже драгоценных металлов. Китайские покупатели приобрели...

Правительство РФ решило помочь рыболовам Астраханской области
Астраханская область, известная своими богатыми рыбными запасами, получит дополнительные средства для улучшения состояния своих водоемов. В соответствии с...

Россия займется поставками "новой нефти"
Чтобы не отставать от таких глобальных конкурентов в сфере искусственного интеллекта (ИИ), как Китай и США, России предстоит оперативно решить вопрос с...

Запасы монетарного золота в международных резервах России: итоги марта
По утверждению Банка России, запасы монетарного золота в международных резервах на 1 апреля 2025 года составили 74,9 миллиона унций, что эквивалентно 2329,65...

Япония, догоняй! В России внезапно для Запада грянула серверная революция
Ситуацию не афишируют, но наши чипмейкеры возможно уже освоили и 28-нм техпроцесс...

Дяденька Путин, прости: непреклонный Запад признал, что без России ему конец
У российского хора имени Пятницкого появился очень серьезный соперник: вчера западные СМИ превзошли себя и синхронно изобразили массовый плач Ярославны, от...

Европа не откроет своё небо для России и грозит конфискацией самолетов
Россия лоббирует возобновление авиасообщения с США в рамках соглашения о прекращении огня на Украине, однако Евросоюз продолжает настаивать на ужесточении...

Тысячи тонн: месторождение золота, о котором не хотят вспоминать в РФ
Первые сведения о золотоносности района относятся ко второй половине XIX века, когда были обнаружены россыпные проявления золота....

Россия забурилась так, как на Западе не ожидали
Российские нефтекомпании бурят в этом году так, как не делали этого уже не менее пяти лет. Санкции не помешали выйти на максимум бурения в то время, как ОПЕК+...

Закат подмосковной «Звезды»: в полку банкротов прибыло
Производитель военной электроники ФГУП «Электромеханический завод "Звезда"» (город Сергиев Посад), учредителем которого является Министерство...

«Был бы ужас»: почему Путин не уволил Набиуллину
Михаил Хазин объяснил, почему Владимир Путин не уволил Эльвиру Набиуллину два года назад или ещё раньше: «Был бы ужас». Но шанс избавиться скоро появится,...

Прорыв импортозамещения в авиации: ОАК подготовила к запуску новый SJ-100
В России подошла к завершению подготовка первого полёта импортозамещённого лайнера SJ-100. Руководство «ОАК» анонсировало скорый запуск....

Почему россияне не несут деньги в банк при ставке 21%
Несмотря на всплеск интереса к банковским вкладам, большинство россиян по-прежнему остаются в стороне от активных сберегательных решений. 60% граждан не...

Денежное табу: россиян ждут жёсткие лимиты при купле-продаже недвижимости
В РФ хотят запретить приобретать за наличные жильё дороже миллиона рублей. Законопроект планируют принять летом....

Россия стала уникальной авиационной державой
Ни Boeing, ни Airbus не производят самолеты такого класса....

«Импортозамещенный» Superjet-100: Отчеты чиновников удались на славу!
Эксперты уверены — о серийном запуске «нашего» SSJ в 2026 году говорить пока рано...